マルチキャスト通信

相手が1つではなくグループ宛ての通信もあります。本項ではマルチキャスト通信について説明します。

マルチキャストアドレス

 マルチキャストはグループ宛てのアドレスです。

 「IPアドレスの種類」で示した通り224.0.0.0から239.255.255.255の範囲と決まっています。その中で224.0.1.0から238.255.255.255まではグローバルアドレスのようにインターネットで使えるアドレスで、239.0.0.0から239.255.255.255まではプライベートアドレスのように組織内で使われるマルチキャストアドレスになっています。

 Macアドレスでは01-00-5Eから始まるアドレスと決まっており、その下はIPアドレスから決定されます。

 尚、ブロードキャストアドレス、マルチキャストアドレスに対して、1台に対するアドレスをユニキャストアドレスと言います。

マルチキャスト通信の概要

 動画を参照する際、多数のパソコンで参照するとパソコン1台1台にデータを流した場合は大きな帯域を必要とし、帯域が細い場合は動画が見れなくなってしまいます。

 大勢で同じ動画を参照する場合、送られるデータが同じであるため1つのフレームで多数のパソコンに配信出来れば少ない帯域で済みます。これをマルチキャスト通信と言います。

マルチキャスト1

マルチキャスト通信の仕組み

 サーバーはマルチキャストアドレスを設定して配信する機能を有効にすると、動画を見る人がいなくても常にルーターまで動画を配信します。この時点ではルーターは他に動画を流しません。

マルチキャスト2

 パソコンでは動画参照のソフトでマルチキャストアドレスを入力して動作させるとIGMPというプロトコルが流れます。IGMPを受け取ったルーターはそのインターフェースに動画を配信するパソコンがいると判断します。

マルチキャスト3

 ルーターBはルーターAにPIMというプロトコルを流して動画の配信を要求します。

マルチキャスト4

 全てのルーターがどこに配信すればよいか分かったので、必要なインターフェースにだけ配信されます。

マルチキャスト5

 パソコンが動画配信を必要としなくなった時、同様にIGMP、及びPIMを利用して配信不要を伝達する事で動画が流れなくなります。

 上記の方法をPIM-SMモードと言い、ルーターAをRPと呼びます。RPまでサーバーは動画を常に配信し、RPまでIGMPとPIMを使って配信要求が来るように設定します。RPはサーバーのすぐ近くのルーターである必要はありませんが、RPまでは常に配信されるため、近くの方が好ましいです。

 RPのIPアドレスは各ルーターに設定する事も可能ですが、1台、又は複数のルーターから情報を配信して他のルーターは自動で設定させる事も可能です。RPの情報を配信するルーターをBSRと言います。

 PIM-SM以外ではPIM-DMモードという方法もあります。

 PIM-DMではRPがなく、サーバーから動画が配信され始めるとルーターは全てのインターフェースに転送します。転送されてきたルーター側で必要かどうかを判断し、不要な場合はPIMによりそれを伝えます。データが流れてきた方向に不要な事を伝えればいいため、RPやBSRは不要です。

 このようにPIM-SMでは要求があって初めて配信されますが、PIM-DMでは要求される前に配信します。

 マルチキャストで動画を配信する際、以下のように経路が二重にある場合、複数のパケットを受信しないようにする必要があります。

マルチキャスト7

 マルチキャストにはRPFチェックという仕組みがあり、送られてきたパケットの送信元IPアドレスをユニキャストのルーティングテーブルと照らし合わせ、ルーティングテーブルに載ってない場合は破棄します。

 上の図でルーターBからサーバーにユニキャストを送信する時、ルーティングテーブルにはルーターAのIPアドレスがネクストホップになっていたとします。

 この場合、サーバーからマルチキャストがルーターAとルーターCの両方から送られてきた場合でもルーターCのパケットは破棄します。

 つまり、マルチキャストの配信を行うためにはユニキャストの通信が正常に行える状態である必要があります。

 IGMPスヌーピングはレイヤ2の機能ですがマルチキャスト通信と深い関係があるため、本項で説明します。

 「マルチキャスト通信の仕組み」で示した通り、パソコンからIGMPを送信する事で動画が配信されるようになります。

 スイッチではこのIGMPを傍受して、必要なインターフェースにだけ動画を流すように出来ます。

マルチキャスト6

 これをIGMPスヌーピングと言います。

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